CN103778590B - 利用数字图像存储和传输信息的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种利用数字图像存储和传输信息的方法和装置。该方法主要包括：将数字图像数据分解为像素值序列，将所述像素值序列中的每个像素值转换为设定数量的比特位的二进制数字，将信息转换成二进制的待嵌入数据序列；按照设定的数据映射规则将所述待嵌入数据序列中的数字和所述像素值序列中的像素值进行对应；按照设定的数据嵌入规则将所述待嵌入数据序列中的每个数字嵌入到对应的像素值对应的二进制数字中。本发明实施例将信息隐藏和加密技术相结合，实现秘密信息存储于数字图像以及秘密信息和数字图像的完整性保护，可解决通常用于实现数字图像完整性的信息隐藏中含秘密信息的数字载体与秘密信息分离导致的伪造问题。

Description

利用数字图像存储和传输信息的方法和装置

技术领域

本发明涉及信息传输技术领域，尤其涉及一种利用数字图像存储和传输信息的方法和装置。

背景技术

信息隐藏技术是一种利用数字载体的冗余特征，将秘密信息添加到数字载体中，且不被察觉的隐蔽通信技术。信息隐藏技术的主要目的是以数字载体为媒介，隐藏秘密信息，不被非法提取。

在用于完整性保护的信息隐藏技术，往往用于验证完整性的原始秘密信息与嵌入原始秘密信息的数字载体是单独存储和传输的，这使得伪造原始的秘密信息和含秘密信息的数字载体成为可能，从而使得信息隐藏技术的应用安全性不高，现有技术中还没有解决该问题的方法。

发明内容

本发明的实施例提供了一种利用数字图像存储和传输信息的方法和装置，以实现利用数字图像来有效地存储和传输信息。

一种利用数字图像存储和传输信息的方法，包括：

将数字图像数据分解为像素值序列，将所述像素值序列中的每个像素值转换为设定数量的比特位的二进制数字，将信息转换成二进制的待嵌入数据序列；

按照设定的数据映射规则将所述待嵌入数据序列中的数字和所述像素值序列中的像素值进行对应；

按照设定的数据嵌入规则将所述待嵌入数据序列中的每个数字嵌入到对应的像素值对应的二进制数字中。

一种利用数字图像存储和传输信息的装置，包括：

数据分解模块，用于将数字图像数据分解为像素值序列，将所述像素值序列中的每个像素值转换为设定数量的比特位的二进制数字，将信息转换成二进制的待嵌入数据序列；

数据映射模块，用于按照设定的数据映射规则将所述待嵌入数据序列中的数字和所述像素值序列中的像素值进行对应；

数据嵌入模块，用于按照设定的数据嵌入规则将所述待嵌入数据序列中的每个数字嵌入到对应的像素值对应的二进制数字中。

由上述本发明的实施例提供的技术方案可以看出，本发明实施例将信息隐藏和加密技术相结合，实现信息存储于数字图像以及信息和数字图像的完整性保护，可解决通常用于实现数字图像完整性的信息隐藏中含信息的数字载体与信息分离导致的伪造问题，以实现利用数字图像来有效地传输和存储信息。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一提供的一种在数字图像中嵌入信息的方法的具体处理流程图；

图2为本发明实施例二提供的一种从数字图像中提取信息的方法的具体处理流程图；

图3为本发明实施例三提供的一种利用数字图像存储和传输信息的装置的具体结构图。

具体实施方式

为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本发明实施例的限定。

实施例一

本发明实施例的利用数字图像存储和传输信息的方法包括在数字图像中嵌入信息、从数字图像中提取信息两个处理过程。上述信息通常为秘密信息，下面以秘密信息为例来说明本发明实施例。

该实施例提供的一种在数字图像中嵌入秘密信息的方法的具体处理流程如图1所示，包括如下的处理步骤：

步骤11、本发明实施例选取数字图像作为嵌入秘密信息的数字载体。

彩色的数字图像可使用一三维的灰度图像表示，比如彩色数字图像可以RGB三个维度空间表示，任一个维度都可认为是灰度图像。

首先得到上述数字图像对应的灰度图像，上述灰度图像可以分解为一个像素值序列，将所述像素值序列中的每个像素值转换为设定数量的比特位的二进制数字，比如，将上述像素值序列中的每个像素值转换成一个8比特位的二进制数字。

选取每个像素值对应的8比特位的二进制数字中的最高的设定数量比特位作为每个像素值的主要数据，将所有像素值的主要数据进行综合得到所述数字图像的主要数据。上述设定数量比特位可以为6比特位。

计算上述数字图像的主要数据的hash值，得到数字图像主要数据的hash值。

步骤12、计算需要传输的秘密信息的hash值。

上述步骤12可以和上述步骤11同时执行，或者在上述步骤11之前执行。

步骤13、以用户自设的用户口令为密钥，使用对称加密算法，加密上述秘密信息、秘密信息的hash值和图像主要数据的hash值，得到相应的密文。

步骤14、对步骤13中得到的密文，进行BSON编码，得到待嵌入数据。

步骤15、将上述待嵌入数据转换成由0，1比特组成的二进制的待嵌入数据序列，按照设定的映射规则将上述待嵌入数据的待嵌入数据序列和上述灰度图像的像素值序列进行对应。比如，获取所述待嵌入数据序列中的数字的位置信息，将上述待嵌入数据序列中的数字和上述像素值序列中的相同位置的像素值进行对应，即上述待嵌入数据序列中第一个数字对应上述像素值序列中的第一个像素值，上述待嵌入数据序列中第二个数字对应上述像素值序列中的第二个像素值，依此类推。

上述待嵌入数据序列的前4个比特为数据长度（BSON编码决定的），根据用户口令，由待嵌入数据序列的前4比特计算得到待嵌入数据序列的长度，将上述用户口令转换成和上述计算得到待嵌入数据序列的长度的由0，1比特组成的二进制的口令序列，然后，依次根据上述口令序列中的具体数字（即0或1）确定上述待嵌入数据序列中的数字在对应的像素值的8比特位的二进制数字中的嵌入位置，所述嵌入位置包括所述对应的像素值的8比特位的二进制数字中的最低比特位和/或次低比特位，将所述嵌入位置上的数字替换为所述待嵌入数据序列中的数字。比如，上述口令序列中的数字为比特0时，则将待嵌入数据序列中的数字嵌入到对应的像素值的8比特位的二进制数字中的最低比特位，上述口令序列中的数字为比特1时，则将该待嵌入数据序列中的数字嵌入到对应的像素值的8比特位的二进制数字中的次低比特位。

比如，待嵌入数据的数据序列为：01010011，

比如灰度图像的像素值序列为：142,89，143，92，....，

将上述数据序列中的数值和上述像素值序列中的相同位置的数值进行对应，对应关系为：

待嵌入数据 0 1 0 1 0011 …

像素值序列142 89 143 92 …

上述口令序列为01010111，

实际操作为：从待嵌入数据的数据序列01010011中读取第一位数值，为“0”，对应的像素值142的8比特位的二进制数字为10001110。由于上述口令序列的第一位为0，选取上述二进制数字的最低比特位进行信息嵌入，即将待嵌入数据的第一个数值0嵌入到二进制数字10001110的最低比特位，完成嵌入数据01010011第一比特0的嵌入，实际上二进制数字10001110的最低比特位不变。

然后，读取待嵌入数据的数据序列01010011的第二位数值，为“1”，对应的像素值89的8比特位的二进制数字为01011001。由于上述口令序列的第二位为1，选取上述二进制数字的次低比特位进行信息嵌入，即将待嵌入数据的第二个数值1嵌入到二进制数字01011001的次低比特位，替换后为01011011，完成嵌入数据01010011第二位数值1的嵌入。

在完成了上述待嵌入数据的数据序列中的所有数值的嵌入操作后，得到具有含秘密信息具有防篡改功能的数字图像。

在完成了上述待嵌入数据序列中的所有数字的嵌入操作后，得到包含秘密信息的数字图像。

实施例二

该实施例提供的一种从数字图像中提取秘密信息的方法的具体处理流程如图2所示，包括如下的处理步骤：

步骤21、接收方接收到上述得到包含秘密信息的数字图像的像素值序列后，根据用户口令，提取嵌入数据序列的前4比特并计算得到嵌入数据序列的长度，将上述用户口令转换成和计算所得的嵌入数据序列相同长度的由0，1比特组成的二进制的口令序列，然后，依次根据上述口令序列中的具体数字（即0或1）确定上述像素值序列中的每个像素值的8比特位的二进制数字中的嵌入的秘密信息的位置和具体数字。

比如，上述口令序列中的第一个数字为比特0，则从第一个像素值的8比特位的二进制数字中的最低比特位提取数字，该数字作为嵌入数据序列提取值的第一个数字。上述口令序列中的第二个数字为比特1，则从第二个像素值的8比特位的二进制数字中的次低比特位提取数字，该数字作为嵌入数据序列提取值的第二个数字。

重复执行上述处理过程，直到将上述嵌入数据序列的所有数字都提取出来。

步骤22、对上述提取出来的嵌入数据的嵌入数据序列进行BSON解码，得到嵌入数据的密文信息。使用上述用户口令对上述密文信息进行对称解密得到相应的明文，该明文中包括：秘密信息的提取值，秘密信息hash值的提取值和图像主要数据的hash值的提取值。

步骤23：对步骤22中获得的秘密信息的提取值，计算hash值得到秘密信息的提取值的hash值。

步骤24：判断由步骤23中计算得到的秘密信息的提取值的hash值与步骤22中得到的秘密信息hash值的提取值是否相等，若相等，确定步骤22中的获得的秘密信息的提取值为被隐藏传输的秘密信息，否则，确定隐藏传输的秘密信息被篡改。

步骤25、获取上述包含秘密信息的数字图像的像素值序列，从该像素值序列中提取上述包含秘密信息的数字图像的主要数据，提取方法为从上述像素值序列中的每个像素值的8比特位的二进制数字中提取最高的6比特位作为每个像素值的主要数据，将所有像素值的主要数据作为上述提取图像的主要数据。

计算上述提取图像的主要数据的hash值，得到提取图像的主要数据的hash值。

步骤26、判断由步骤22中获得的图像主要数据的hash值的提取值与步骤25中计算得到的提取图像的主要数据的hash值是否相等，若相等，则确定图像主要数据完整，否则，确定图像主要数据被篡改。

实施例三

该实施例提供的一种利用数字图像存储和传输秘密信息的装置，其具体结构如图3所示，包括如下的模块：

数据分解模块31，用于将数字图像数据分解为像素值序列，将所述像素值序列中的每个像素值转换为设定数量的比特位的二进制数字，将秘密信息转换成二进制的待嵌入数据序列；

数据映射模块32，用于按照设定的数据映射规则将所述待嵌入数据序列中的数字和所述像素值序列中的像素值进行对应；

数据嵌入模块33，用于按照设定的数据嵌入规则将所述待嵌入数据序列中的每个数字嵌入到对应的像素值对应的二进制数字中。

具体的，所述的数据分解模块31，具体用于获取所述数字图像对应的灰度图像，将所述灰度图像的数据分解为一个像素值序列，将所述像素值序列中的每个像素值转换为一个8比特位的二进制数字；

选取每个像素值对应的8比特位的二进制数字中的最高的设定数量比特位作为每个像素值的主要数据，将所有像素值的主要数据进行综合得到所述数字图像的主要数据，计算所述数字图像的主要数据的hash值，得到图像主要数据的hash值；

计算需要传输的秘密信息的hash值，以用户自设的用户口令为密钥，使用对称加密算法，加密所述秘密信息、秘密信息的hash值和图像主要数据的hash值，得到密文数据，对所述密文数据进行BSON编码，得到待嵌入数据；

将所述待嵌入数据转换成二进制的待嵌入数据序列。

具体的，所述的数据映射模块32，具体用于获取所述待嵌入数据序列中的数字的位置信息，将所述待嵌入数据序列中的数字和所述像素值序列中的相同位置的像素值进行对应。

具体的，所述的数据嵌入模块33，具体用于将所述用户口令转换成和所述待嵌入数据序列相同长度的二进制的口令序列，依次根据所述口令序列中的数字确定所述待嵌入数据序列中的数字在对应的像素值的8比特位的二进制数字中的嵌入位置，所述嵌入位置包括所述对应的像素值的8比特位的二进制数字中的最低比特位和/或次低比特位，将所述嵌入位置上的数字替换为所述待嵌入数据序列中的数字。

进一步地，所述的装置还可以包括：

数据提取模块34，用于将用户口令转换成和上述嵌入数据序列相同长度的二进制的口令序列，依次根据所述口令序列中的数字确定所述像素值序列中的每个像素值的设定数量的二进制数字中的嵌入的秘密信息的位置和具体数字，重复执行所述处理过程，直到将所述嵌入数据序列的所有数字都提取出来；

对所述提取出来的嵌入数据序列进行BSON解码，得到密文信息。使用所述用户口令对所述密文信息进行解密得到相应的明文，该明文中包括：秘密信息的提取值，秘密信息hash值的提取值和图像主要数据的hash值的提取值。

具体的，所述的数据提取模块34，还用于对所述秘密信息的提取值，计算hash值得到秘密信息的提取值的hash值，判断所述秘密信息的提取值的hash值与所述明文中包括的秘密信息hash值的提取值是否相等，若相等，则确定所述明文中包括的秘密信息的提取值为被隐藏传输的秘密信息，否则，确定隐藏传输的秘密信息被篡改；

从包含秘密信息的数字图像的像素值序列中的每个像素值的8比特位的二进制数字中提取最高的设定数量比特位作为每个像素值的主要数据，将所有像素值的主要数据作为所述包含秘密信息的提取图像的主要数据，计算所述提取图像的主要数据的hash值，得到提取图像的主要数据的hash值，判断所述提取图像的主要数据的hash值与所述明文中包括的图像主要数据的hash值的提取值是否相等，若相等，则确定图像主要数据完整，否则，确定图像主要数据被篡改。

用本发明实施例的装置进行利用数字图像存储和传输秘密信息的具体过程与前述方法实施例类似，此处不再赘述。

本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。

本领域普通技术人员可以理解：实施例中的设备中的模块可以按照实施例描述分布于实施例的设备中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个设备中。上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体（Read-Only Memory，ROM）或随机存储记忆体（Random AccessMemory，RAM）等。

综上所述，本发明实施例将信息隐藏和加密技术相结合，实现秘密信息存储于数字图像以及秘密信息和数字图像的完整性保护，可解决通常用于实现数字图像完整性的信息隐藏中含秘密信息的数字载体与秘密信息分离导致的伪造问题，以实现利用数字图像来有效地传输和存储秘密信息。

本发明实施例对嵌入到数字图像中的秘密信息进行加密，可保障隐藏信息的安全性；通过用户自设口令来选择数字图像嵌入空间，嵌入空间由用户口令决定，使得数字载体数据的修改呈现一定程度的随机性，进而提升了信息隐藏的安全性。本发明实施例提取信息需有用户口令解密，确保了隐藏信息的数据安全性。

本发明实施例可以验证隐藏秘密信息是否完整和数字图像是否篡改，进一步提升了信息隐藏的安全性。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种利用数字图像存储和传输信息的方法，其特征在于，包括：

将数字图像数据分解为像素值序列，将所述像素值序列中的每个像素值转换为设定数量的比特位的二进制数字，将信息转换成二进制的待嵌入数据序列；

按照设定的数据映射规则将所述待嵌入数据序列中的数字和所述像素值序列中的像素值进行对应；

按照设定的数据嵌入规则将所述待嵌入数据序列中的每个数字嵌入到对应的像素值对应的二进制数字中;

所述的将数字图像数据分解为像素值序列，将所述像素值序列中的每个像素值转换为设定数量的比特位的二进制数字，将信息转换成二进制的待嵌入数据序列，包括：

获取所述数字图像对应的灰度图像，将所述灰度图像的数据分解为一个像素值序列，将所述像素值序列中的每个像素值转换为一个8比特位的二进制数字；

选取每个像素值对应的8比特位的二进制数字中的最高的设定数量比特位作为每个像素值的主要数据，将所有像素值的主要数据进行综合得到所述数字图像的主要数据，计算所述数字图像的主要数据的hash值，得到图像主要数据的hash值；

计算需要传输的信息的hash值，以用户自设的用户口令为密钥，使用对称加密算法，加密所述信息、信息的hash值和图像主要数据的hash值，得到密文数据，对所述密文数据进行BSON编码，得到待嵌入数据；

将所述待嵌入数据转换成二进制的待嵌入数据序列；

所述的按照设定的数据嵌入规则将所述待嵌入数据序列中的每个数字嵌入到对应的像素值对应的二进制数字中，包括：

将所述用户口令转换成和所述待嵌入数据序列相同长度的二进制的口令序列，依次根据所述口令序列中的数字确定所述待嵌入数据序列中的数字在对应的像素值的8比特位的二进制数字中的嵌入位置，所述嵌入位置包括所述对应的像素值的8比特位的二进制数字中的最低比特位和/或次低比特位，将所述嵌入位置上的数字替换为所述待嵌入数据序列中的数字。

2.根据权利要求1所述的利用数字图像存储和传输信息的方法，其特征在于，所述的按照设定的数据映射规则将所述待嵌入数据序列中的数字和所述像素值序列中的像素值进行对应，包括：

获取所述待嵌入数据序列中的数字的位置信息，将所述待嵌入数据序列中的数字和所述像素值序列中的相同位置的像素值进行对应。

3.根据权利要求1所述的利用数字图像存储和传输信息的方法，其特征在于，所述的方法还包括：

将用户口令转换成和所述嵌入数据序列相同长度的二进制的口令序列，依次根据所述口令序列中的数字确定所述像素值序列中的每个像素值的设定数量的二进制数字中的嵌入的信息的位置和具体数字，重复执行所述依次根据所述口令序列中的数字确定所述像素值序列中的每个像素值的设定数量的二进制数字中的嵌入的信息的位置和具体数字的步骤，直到将嵌入数据序列的所有数字都提取出来；

对所述提取出来的嵌入数据序列进行BSON解码，得到密文信息；

使用所述用户口令对所述密文信息进行解密得到相应的明文，该明文中包括：信息的提取值，信息hash值的提取值和图像主要数据的hash值的提取值。

4.根据权利要求3所述的利用数字图像存储和传输信息的方法，其特征在于，所述的方法还包括：

对所述信息的提取值，计算hash值得到信息的提取值的hash值，判断所述信息的提取值的hash值与所述明文中包括的信息hash值的提取值是否相等，若相等，则确定所述明文中包括的信息的提取值为被隐藏传输的信息，否则，确定隐藏传输的信息被篡改；

从包含信息的数字图像的像素值序列中的每个像素值的8比特位的二进制数字中提取最高的设定数量比特位作为每个像素值的主要数据，将所有像素值的主要数据作为所述包含信息的提取图像的主要数据，计算所述提取图像的主要数据的hash值，得到提取图像的主要数据的hash值，判断所述提取图像的主要数据的hash值与所述明文中包括的图像主要数据的hash值的提取值是否相等，若相等，则确定图像主要数据完整，否则，确定图像主要数据被篡改。

5.一种利用数字图像存储和传输信息的装置，其特征在于，包括：

数据分解模块，用于将数字图像数据分解为像素值序列，将所述像素值序列中的每个像素值转换为设定数量的比特位的二进制数字，将信息转换成二进制的待嵌入数据序列；

数据映射模块，用于按照设定的数据映射规则将所述待嵌入数据序列中的数字和所述像素值序列中的像素值进行对应；

数据嵌入模块，用于按照设定的数据嵌入规则将所述待嵌入数据序列中的每个数字嵌入到对应的像素值对应的二进制数字中；

所述的数据分解模块，具体用于获取所述数字图像对应的灰度图像，将所述灰度图像的数据分解为一个像素值序列，将所述像素值序列中的每个像素值转换为一个8比特位的二进制数字；

选取每个像素值对应的8比特位的二进制数字中的最高的设定数量比特位作为每个像素值的主要数据，将所有像素值的主要数据进行综合得到所述数字图像的主要数据，计算所述数字图像的主要数据的hash值，得到图像主要数据的hash值；

计算需要传输的信息的hash值，以用户自设的用户口令为密钥，使用对称加密算法，加密所述信息、信息的hash值和图像主要数据的hash值，得到密文数据，对所述密文数据进行BSON编码，得到待嵌入数据；

将所述待嵌入数据转换成二进制的待嵌入数据序列；

所述的数据嵌入模块，具体用于将所述用户口令转换成和所述待嵌入数据序列相同长度的二进制的口令序列，依次根据所述口令序列中的数字确定所述待嵌入数据序列中的数字在对应的像素值的8比特位的二进制数字中的嵌入位置，所述嵌入位置包括所述对应的像素值的8比特位的二进制数字中的最低比特位和/或次低比特位，将所述嵌入位置上的数字替换为所述待嵌入数据序列中的数字。

6.根据权利要求5所述的利用数字图像存储和传输信息的装置，其特征在于：

所述的数据映射模块，具体用于获取所述待嵌入数据序列中的数字的位置信息，将所述待嵌入数据序列中的数字和所述像素值序列中的相同位置的像素值进行对应。

7.根据权利要求5所述的利用数字图像存储和传输信息的装置，其特征在于，所述的装置还包括：

数据提取模块，用于将用户口令转换成和所述嵌入数据序列相同长度的二进制的口令序列，依次根据所述口令序列中的数字确定所述像素值序列中的每个像素值的设定数量的二进制数字中的嵌入的信息的位置和具体数字，重复执行所述依次根据所述口令序列中的数字确定所述像素值序列中的每个像素值的设定数量的二进制数字中的嵌入的信息的位置和具体数字的步骤，直到将所述嵌入数据序列的所有数字都提取出来；

对所述提取出来的嵌入数据序列进行BSON解码，得到密文信息；

使用所述用户口令对所述密文信息进行解密得到相应的明文，该明文中包括：信息的提取值，信息hash值的提取值和图像主要数据的hash值的提取值。

8.根据权利要求7所述的利用数字图像存储和传输信息的装置，其特征在于：

所述的数据提取模块，还用于对所述信息的提取值，计算hash值得到信息的提取值的hash值，判断所述信息的提取值的hash值与所述明文中包括的信息hash值的提取值是否相等，若相等，则确定所述明文中包括的信息的提取值为被隐藏传输的信息，否则，确定隐藏传输的信息被篡改；

从包含信息的数字图像的像素值序列中的每个像素值的8比特位的二进制数字中提取最高的设定数量比特位作为每个像素值的主要数据，将所有像素值的主要数据作为所述包含信息的提取图像的主要数据，计算所述提取图像的主要数据的hash值，得到提取图像的主要数据的hash值，判断所述提取图像的主要数据的hash值与所述明文中包括的图像主要数据的hash值的提取值是否相等，若相等，则确定图像主要数据完整，否则，确定图像主要数据被篡改。